電源設(shè)計(jì)流程精選(九篇)

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第1篇：電源設(shè)計(jì)流程范文

關(guān)鍵詞：水電站；混凝土；制冷系統(tǒng)；預(yù)冷系統(tǒng)；設(shè)計(jì)措施；建筑工程 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TV544 文章編號(hào)：1009-2374（2017）08-0175-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.08.085

混凝土材料作為一種常用的建筑材料，在澆筑后會(huì)有大量的水化熱釋放出來(lái)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度升高，使混凝土體積膨脹。而表面混凝土由于凝結(jié)快、散熱快，當(dāng)內(nèi)部溫度下降后體積收縮后容易出現(xiàn)收縮裂縫，為了避免出現(xiàn)混凝土裂縫，溫控方法是一種比較有效的方法。尤其是在氣溫比較高的季節(jié)，自然條件下混凝土的出機(jī)溫度會(huì)超過(guò)施工中的限制溫度，此時(shí)就需要采取相應(yīng)的人工降溫措施對(duì)骨料進(jìn)行預(yù)冷，在拌和過(guò)程中加冰、加冷水等。由于工程情況和自然情況存在一定的差異性，因此在設(shè)計(jì)制冷工藝時(shí)，需要在以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從多方面進(jìn)行對(duì)比和分析，在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上追求設(shè)備和費(fèi)用的最小化。

1 工程概況

加查水電站骨料加工系統(tǒng)及混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)工程主要承擔(dān)加查水電站導(dǎo)流工程和主體工程的混凝土供應(yīng)以及其他O施所需要的少量成品骨料及混凝土供應(yīng)。加查水電站骨料加工系統(tǒng)需滿足混凝土高峰月平均澆筑強(qiáng)度約9.6萬(wàn)m3的粗細(xì)骨料供應(yīng)需求，系統(tǒng)毛料處理能力約1000t/h，成品骨料生產(chǎn)能力約800t/h，其中成品砂生產(chǎn)能力約240t/h。骨料加工系統(tǒng)承擔(dān)整個(gè)工程混凝土骨料的生產(chǎn)任務(wù)，供應(yīng)成品骨料總量不小于570萬(wàn)t?；炷辽a(chǎn)系統(tǒng)混凝土生產(chǎn)總量約236萬(wàn)m3，其中導(dǎo)流工程約44.7萬(wàn)m3，主體工程約191.3萬(wàn)m3，其中高溫季節(jié)需要預(yù)冷的溫控混凝土約96.21萬(wàn)m3。

2 混凝土制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

通過(guò)多年混凝土制冷設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，此次施工中采取如下施工流程進(jìn)行操作：按照骨料樓上風(fēng)冷、加冰、加冷水拌和的順序進(jìn)行施工，保證了混凝土出機(jī)口溫度符合施工實(shí)際所需。結(jié)合類(lèi)似電站工程的施工經(jīng)驗(yàn)，并綜合權(quán)衡現(xiàn)場(chǎng)施工特征，得知只需設(shè)置一個(gè)制冷車(chē)間即可滿足兩臺(tái)拌和樓運(yùn)行所需，而且在一定程度上還能提高制冷系統(tǒng)的預(yù)冷效果。將氨壓機(jī)與拌和機(jī)布置在一起一方面可提高設(shè)備的這行效率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用年限；另一方面也能為施工人員創(chuàng)設(shè)安全的作業(yè)環(huán)境。

考慮到混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)施工流程復(fù)雜、規(guī)模大、施工難度大等特征，所以選取行之有效工藝技術(shù)對(duì)提高施工質(zhì)量具有可靠的保障。在選擇混凝土制冷系統(tǒng)中應(yīng)遵循以下原則：（1）結(jié)合工程所需，合理明確制冷容量；（2）在制冷設(shè)備的選擇中，應(yīng)挑選性能穩(wěn)定、功率合理的先進(jìn)設(shè)備；（3）制冷設(shè)備的安放應(yīng)綜合權(quán)衡施工場(chǎng)地的實(shí)際特征，以方便工程施工的基礎(chǔ)上，盡可能減少占地面積；（4）所需材料應(yīng)從正規(guī)廠家處購(gòu)買(mǎi)，進(jìn)場(chǎng)前必須經(jīng)過(guò)全面檢查，符合要求后方可使用；（5）采取合理的方式完成設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)安裝工作?；炷猎牧衔锢頍釋W(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)以氣溫最高的7月份多年月平均氣溫、多年月平均水溫及混凝土各原材料配比為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，其相關(guān)參數(shù)如下：（1）高溫月多年月平均氣溫16.4℃；（2）高溫月多年月平均水溫20℃；（3）片冰潛熱利用率90%；（4）混凝土拌和機(jī)械熱1200kcal/m3；（5）砂含水率（干化生產(chǎn)砂）6%。

本混凝土系統(tǒng)的溫控混凝土主要分為兩種類(lèi)型，若在高溫季節(jié)施工，由于外界環(huán)境溫度較高，因此對(duì)拌和樓的出機(jī)口溫度較為嚴(yán)格，要選擇溫度在10℃以下的混凝土42.7萬(wàn)m3，最大級(jí)配為四級(jí)配2萬(wàn)m3；選擇溫度在14℃以下的混凝土約53.51萬(wàn)m3，只針對(duì)粗料在樓上料倉(cāng)進(jìn)行風(fēng)冷工藝。

對(duì)溫度在10℃以下的溫控混凝土主要采取風(fēng)冷、冷水、冰的預(yù)冷工藝流程，先將粗骨料溫度進(jìn)行冷卻，使其從16.4℃平均冷卻到9.0℃，拌和用冷水的溫度為4℃，冰預(yù)冷溫度在-5℃。通過(guò)計(jì)算得知每方混凝土中應(yīng)加入20kg左右的片冰。

對(duì)溫度在14℃以下的混凝土，對(duì)粗骨料進(jìn)行風(fēng)冷處理，主要在拌和樓料倉(cāng)內(nèi)完成，使其從16.4℃平均冷卻到9.0℃。粗骨料拌和過(guò)程中，不管是制冷車(chē)間或者是輸冰設(shè)備等均應(yīng)做好保溫處理，控制在3℃～6℃為宜，以避免混凝土物料溫度的回升，影響施工效果。

3 預(yù)冷系統(tǒng)

3.1 預(yù)冷系統(tǒng)車(chē)間的布置

結(jié)合三峽、龍灘、索風(fēng)營(yíng)等電站工程的施工經(jīng)驗(yàn)，并綜合權(quán)衡現(xiàn)場(chǎng)施工特征，得知只需設(shè)置一個(gè)制冷車(chē)間即可滿足兩臺(tái)拌和樓運(yùn)行所需，而且在一定程度上還能提高制冷系統(tǒng)的預(yù)冷效果。將氨壓機(jī)與拌和機(jī)布置在一起一方面可提高設(shè)備的用行效率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用年限；另一方面也能為施工人員創(chuàng)設(shè)安全的作業(yè)環(huán)境。制冷車(chē)間為三層鋼架結(jié)構(gòu)，將制冷車(chē)間布置在一定高度的平臺(tái)上，與拌和樓相鄰。

一臺(tái)車(chē)間需設(shè)置四臺(tái)制冷量達(dá)到100萬(wàn)kcal/h的螺桿制冷壓縮機(jī)組以及一臺(tái)制冷量為50萬(wàn)kcal/h的螺桿制冷壓縮機(jī)組，預(yù)冷系統(tǒng)車(chē)間所需要的設(shè)備如下：制冷空間一層主要設(shè)置有四臺(tái)型號(hào)為WN-500的臥式冷凝器，四臺(tái)型號(hào)為ZA-8的高壓貯氨器，一臺(tái)型號(hào)為CNF40-200氨泵，一臺(tái)型號(hào)為L(zhǎng)ZL240螺旋管式蒸發(fā)器，四臺(tái)冷卻循環(huán)水泵，兩臺(tái)冷水輸送水泵，四臺(tái)型號(hào)為DX-12的低壓循環(huán)貯液器。在制冷空間的二層分別設(shè)置了兩套30T冰庫(kù)與氣力輸送裝置。在制冷空間的三層設(shè)置有四臺(tái)產(chǎn)量為60T/d的片冰機(jī)。為了滿足制冷車(chē)間冷源需求，需設(shè)置兩臺(tái)拌和樓風(fēng)冷骨料，為車(chē)間提供所需冷源。此外，還需在每臺(tái)拌和樓上設(shè)置四臺(tái)空氣冷卻器與離心風(fēng)機(jī)，滿足設(shè)備運(yùn)行所需。

3.2 預(yù)冷系統(tǒng)工藝流程

3.2.1 系統(tǒng)骨料風(fēng)冷。粗骨料從膠帶機(jī)部位流出后被運(yùn)送到拌和樓指定的料倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行風(fēng)冷處理。拌和樓料倉(cāng)一共由四個(gè)料倉(cāng)組成，可分別存放四種類(lèi)型的骨料。料倉(cāng)自上而下一共分成三個(gè)區(qū)域：（1）進(jìn)料區(qū)，骨料主要從該區(qū)域進(jìn)入到拌和樓的料倉(cāng)中；（2）冷卻區(qū)，該區(qū)域主要是對(duì)粗骨料進(jìn)行冷卻處理的區(qū)域；（3）儲(chǔ)料區(qū)，經(jīng)冷卻處理完成的骨料會(huì)運(yùn)送至該區(qū)域暫時(shí)存儲(chǔ)起來(lái)，以備后期使用所需。冷風(fēng)從下到上通過(guò)骨料，骨料會(huì)根據(jù)用料速度按照一定的順序進(jìn)行流動(dòng)，借助風(fēng)冷這一環(huán)節(jié)可確保骨料降至設(shè)計(jì)所需。待冷卻完成的骨料經(jīng)稱量后進(jìn)入拌和機(jī)中進(jìn)行拌和處理。粗骨料經(jīng)由膠帶機(jī)送至篩分樓中進(jìn)行沖洗，將骨料中的雜物徹底清除干凈后進(jìn)入到調(diào)節(jié)料倉(cāng)內(nèi)，調(diào)節(jié)料倉(cāng)一共有三個(gè)分料倉(cāng)，用于生產(chǎn)三級(jí)配的混凝土。在生產(chǎn)二級(jí)配混凝土?xí)r，可在大石料倉(cāng)內(nèi)存儲(chǔ)中石，每個(gè)料倉(cāng)也分為三分區(qū)域，即進(jìn)料區(qū)、冷卻區(qū)與儲(chǔ)料區(qū)。通常情況下，在冷卻區(qū)內(nèi)專(zhuān)門(mén)設(shè)置有配風(fēng)裝置，這樣可確保冷氣均勻擴(kuò)散與骨料進(jìn)行熱交換。冷風(fēng)主要從冷卻區(qū)的底部進(jìn)入，與骨料流向相反的方向逐一穿過(guò)骨料區(qū)，對(duì)骨料進(jìn)行迅速冷卻，待溫度降至所需終溫時(shí)進(jìn)入儲(chǔ)料區(qū)。

3.2.2 二次風(fēng)冷骨料工藝流程。在調(diào)節(jié)倉(cāng)內(nèi)將已完全冷卻的骨料經(jīng)由膠帶機(jī)運(yùn)送至攪拌樓骨料倉(cāng)內(nèi)，進(jìn)行二次風(fēng)冷。攪拌樓的特大石骨料倉(cāng)分為三個(gè)區(qū)域，即進(jìn)料區(qū)、冷卻區(qū)、儲(chǔ)料區(qū)。冷風(fēng)循環(huán)順序與一次分冷完全相同，將滿足設(shè)計(jì)終溫的骨料經(jīng)過(guò)稱量后運(yùn)至集中生料斗中。

3.2.3 冰系統(tǒng)。制冷車(chē)間內(nèi)專(zhuān)門(mén)設(shè)置有冷系統(tǒng)，冷系統(tǒng)主要由兩部分組成：（1）片冰機(jī)；（2）冰庫(kù)。片冰機(jī)置于冰庫(kù)之上，由片冰機(jī)所生產(chǎn)出來(lái)的片冰落入貯冰庫(kù)中貯存起來(lái)，經(jīng)由氣力輸冰裝置送至拌和樓上的調(diào)節(jié)冰倉(cāng)，借助調(diào)節(jié)冰倉(cāng)下的螺旋輸送機(jī)將其運(yùn)送至拌和樓中，稱取一定重量后送入集料斗中。冷系統(tǒng)中的冷源主要由氨制冷系統(tǒng)提供，拌和中所使用到的4℃低溫水由氨系統(tǒng)通過(guò)螺旋管蒸發(fā)器生產(chǎn)，借助泵運(yùn)送到拌和樓的水箱中。生產(chǎn)的片冰直接落入到具有隔熱效能的冰庫(kù)中，片冰在冰庫(kù)內(nèi)會(huì)被冷卻干燥。冰庫(kù)有兩方面的作用：（1）可有效調(diào)節(jié)片冰產(chǎn)量與拌和樓冰量分布的不均勻性；（2）可提高冰機(jī)生產(chǎn)的效率。片冰通過(guò)一系列處理外會(huì)被排出庫(kù)外，通過(guò)氣力輸送裝置運(yùn)輸至拌和樓的冰倉(cāng)內(nèi)。

3.2.4 冷水系y。制冷車(chē)間內(nèi)冷水系統(tǒng)的冷源主要由氨制冷所提供，借助螺旋蒸發(fā)管將所生產(chǎn)出的混凝土拌和用冷水經(jīng)水泵運(yùn)輸?shù)桨韬蜆侵?，?jīng)過(guò)稱重后，將所需用量送入拌和機(jī)中，供施工所需。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本工程在采用上述方法進(jìn)行混凝土制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用后取得了良好的應(yīng)用效果，通過(guò)使用連續(xù)風(fēng)冷骨料的方法有效節(jié)省了占地面積，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)影響環(huán)境的廢水，投資效益顯著，為類(lèi)似工程提供了借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

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第2篇：電源設(shè)計(jì)流程范文

關(guān)鍵詞：低功耗設(shè)計(jì)；邏輯綜合；UPF

中圖分類(lèi)號(hào)：TP302文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2011)16-3955-02

UPF-based Logic Synthesis of Low-Power Design

LIU Yi, WU Xiu-long, KE Lie-jin

(School of Electronics and Information Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China)

Abstract: This paper introduces some implementation strategies for UPF-based low-power designs, especially significance and usage of correlative UPF commands. Then it explains UPF-based logic synthesis of low-power design and its steps. Finally given the summary and some experience of low-power logic synthesis.

Key words: low-power design; logic synthesis; UPF

隨著SOC(片上系統(tǒng))的集成度的擴(kuò)大和時(shí)鐘頻率的提高，以及便攜式的應(yīng)用的需求片的功耗和面積要求越來(lái)越高。面積制約著芯片的成本，功耗決定芯片的可靠性以及便攜設(shè)備的電池壽命。所以在便攜式設(shè)備上，低功耗設(shè)計(jì)變得越來(lái)越必不可少。傳統(tǒng)的低功耗技術(shù)，有控時(shí)鐘，多閾值電壓技術(shù)等。其中門(mén)控時(shí)鐘是最常用的低功耗技術(shù)，是在邏輯綜合的時(shí)候插入門(mén)控時(shí)鐘單元，這樣使得當(dāng)enable無(wú)效的情況下，關(guān)斷寄存器的時(shí)鐘，使之不翻轉(zhuǎn)，從而減小動(dòng)態(tài)功耗。而多閾值電壓技術(shù)主要用于減小泄漏功耗，在65nm工藝及以后，泄漏功耗也成為芯片功耗的一個(gè)重要組成部分，優(yōu)化泄漏功耗主要通過(guò)在非關(guān)鍵路徑使用高閾值電壓的邏輯器件。 但這些已滿足不了現(xiàn)今低功耗設(shè)計(jì)的要求。先進(jìn)低功耗技術(shù)有：多電源多電壓技術(shù)，電源門(mén)控技術(shù)，動(dòng)態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)技術(shù)等[1]。

1) 多電源多電壓(Multi-source Multi- voltage)：可以有效地降低動(dòng)態(tài)功耗。所謂多電源是指不同的邏輯模塊處于不同的電源域中，由不同的電源供電。這樣可以根據(jù)各個(gè)模塊性能的要求不同，采用不同的電壓。對(duì)于頻率要求比較高的模塊，可以采用高電壓，而一些相對(duì)低頻的模塊則可采用低電壓。但不同電壓域之間的信號(hào)交互則需要加入電平轉(zhuǎn)換單元（level shifter）。

2) 電源門(mén)控技術(shù)（Power Gating）：在不需要使用的時(shí)候，關(guān)閉模塊的供電電源，從而減少泄漏功耗。這里需要特殊的單元- 電源開(kāi)關(guān)單元（power switch），當(dāng)芯片進(jìn)入休眠模式下，可以通過(guò)電源開(kāi)關(guān)單元關(guān)閉某些模塊的電源，從而使得這些模塊的泄漏功耗趨于0。通常在電源關(guān)斷區(qū)域的輸出端還需要插入隔離單元（isolation cell），以防止關(guān)斷區(qū)的輸出信號(hào)對(duì)非關(guān)斷區(qū)造成影響。

3) 動(dòng)態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)技術(shù)（Dynamic Voltage and Frequency Scaling）：是一種先進(jìn)的功耗管理技術(shù)，在一些處理器中已經(jīng)得到應(yīng)用。根據(jù)模塊不同情況下對(duì)性能的不同要求，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)模塊的供電電壓，從而減少功耗。

1 UPF的應(yīng)用

1.1 UPF的特性

統(tǒng)一功耗格式文件UPF（Unified Power Format）是IEEE 1801標(biāo)準(zhǔn)，由一系列TCL 類(lèi)型的命令組成，用來(lái)定義設(shè)計(jì)的低功耗意圖[2]。UPF使得功耗這一重要的設(shè)計(jì)要素，通過(guò)設(shè)定與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)相關(guān)的功耗信息，在RTL級(jí)就得以考慮功耗。UPF提供了統(tǒng)一的設(shè)置功耗信息的格式，方便用于那些不能在HDL（Hardware Description Language）代碼里加入功耗信息的設(shè)計(jì)。而直接在HDL里設(shè)定功耗相關(guān)的信息，會(huì)使得邏輯設(shè)計(jì)限定于特定的電源實(shí)現(xiàn)[3]，使得設(shè)計(jì)的靈活性大大降低。

UPF可用于芯片電源管理的供電網(wǎng)絡(luò)，隔離單元，電平轉(zhuǎn)換單元，電源開(kāi)關(guān)單元等各個(gè)方面。有了這種統(tǒng)一的UPF文件，在前端設(shè)計(jì)，邏輯綜合，物理實(shí)現(xiàn)，仿真驗(yàn)證，等價(jià)性檢查，時(shí)序分析，等各方面就可以按照UPF里的定義的低功耗設(shè)計(jì)意圖來(lái)完成完整的低功耗設(shè)計(jì)流程。這樣通過(guò)一個(gè)文件將低功耗的意圖繼承下來(lái)，用于設(shè)計(jì)流程的各個(gè)環(huán)節(jié)，也降低了低功耗設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)UPF對(duì)各種EDA的軟件的支持也很好，為業(yè)界所廣泛使用。

1.2 UPF的設(shè)計(jì)意圖

在當(dāng)今的低功耗設(shè)計(jì)中，多種低功耗手段同時(shí)運(yùn)用來(lái)降低芯片功耗，如內(nèi)核低電壓，電源關(guān)斷，多電壓域等。同時(shí)采取多種工作模式，用功耗管理單元（PMU）來(lái)管理各種工作模式下的功耗，從系統(tǒng)級(jí)降低芯片的功耗。如圖1所示的電壓域分布，芯片劃分為三個(gè)電壓區(qū)，分別為T(mén)OP，PD_DIG,PD_FLASH。其中TOP是常開(kāi)區(qū)，PD_DIG是可變電壓區(qū)且關(guān)斷，PD_FLASH是關(guān)斷區(qū)。整個(gè)芯片由片內(nèi)的LDO供電，LDO可以輸出可變的VDD_DIG提供給PD_DIG電壓域，可以通過(guò)邏輯控制LDO來(lái)關(guān)斷VDD_DIG電源。而PD_FLASH的電源則由Power Switch flash_sw來(lái)關(guān)斷。

1.3 UPF的具體描述

UPF文件包括電壓域的創(chuàng)建，電源端口，電源線的創(chuàng)建，電源線與電源端口的連接，隔離單元，電平轉(zhuǎn)換單元，電源開(kāi)關(guān)單元的設(shè)置，電源狀態(tài)表等。充分體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的功耗信息。

1.3.1 電壓域的創(chuàng)建

電壓域是一系列具有相同主要電源的設(shè)計(jì)。采用create_power_domain命令定義一組設(shè)計(jì)的電源分布網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)建電壓域。在劃分電壓域的時(shí)候，應(yīng)該考慮到設(shè)計(jì)的層次。

1.3.2 對(duì)于電源網(wǎng)絡(luò)的描述

采用create_supply_port命令創(chuàng)建電壓域上的電源端口（如VDD，VSS），create_supply_net命令創(chuàng)建電源線（如VDD_net，VSS_net），這些電源線可以在各個(gè)電壓域內(nèi)共用（如VSS）。在創(chuàng)建好電源端口和電源線后，用命令connect_supply_net將相應(yīng)的電源線連接到電源端口上。用set_domain_supply_net命令設(shè)置電壓域默認(rèn)的電源線（如VDD_net，VSS_net），這些電源線用于給電壓域里的所有單元供電。

1.3.3 隔離單元，電平轉(zhuǎn)換單元的規(guī)則

對(duì)于隔離單元的插入，set_isolation命令規(guī)定電壓域的單元按照指定的策略進(jìn)行隔離，如設(shè)定對(duì)于輸入隔離還是對(duì)于輸出隔離，隔離信號(hào)有效后隔離單元鉗位為0還是1等。對(duì)于只有一個(gè)關(guān)斷區(qū)的設(shè)計(jì)，將隔離單元放在隔離區(qū)輸出較為合適。而對(duì)于有多個(gè)關(guān)斷區(qū)的復(fù)雜設(shè)計(jì)，有時(shí)則需要在輸入的地方插入隔離單元。而鉗位0/1，則與隔離單元的控制信號(hào)有效電平是高/低有關(guān)。用set_isolation_control為相應(yīng)的隔離策略指定控制信號(hào)，同時(shí)指定插入的隔離單元所放置的位置（self，parent，fanout 等）。這兩個(gè)命令是需要成對(duì)出現(xiàn)的。

set_level_shifter命令設(shè)定電平轉(zhuǎn)換單元側(cè)插入策略。它指定插入的位置（電壓域的輸入/輸出，及放置的位置）。插入的原則是根據(jù)電壓域與外界電壓的高低不同，放置在目的電壓區(qū)。即從高電壓區(qū)到低電壓區(qū)，插入的高-低電平轉(zhuǎn)換單元放置在低電壓區(qū)；從低電壓區(qū)到高電壓區(qū)，插入的低-高電平轉(zhuǎn)換單元?jiǎng)t放置在高電壓區(qū)。應(yīng)該注意的是，高-低的電平轉(zhuǎn)換單元的電源只需要連接到低電壓區(qū)的電源線，而低-高電平轉(zhuǎn)換單元的電源則需要兩套：低電壓和高電壓[4]。

1.3.4 電源開(kāi)關(guān)單元的定義

create_power_switch命令為電壓域創(chuàng)建一個(gè)電源開(kāi)關(guān)單元的實(shí)例。電源開(kāi)關(guān)單元是在布局布線的階段插入的。

1.3.5 電源狀態(tài)表

add_port_state命令為電源端口添加狀態(tài)信息，定義芯片的電源電壓的水平及其狀態(tài)。這有利于驗(yàn)證和分析，且不需要在驗(yàn)證環(huán)境里創(chuàng)建電壓域和電源網(wǎng)絡(luò)。

create_pst命令根據(jù)指定順序的電源線來(lái)創(chuàng)建電源狀態(tài)表（Power State Table），主要用于綜合，分析，優(yōu)化等階段。它定義了一組合理的電源線狀態(tài)組合，即這些狀態(tài)的組合真實(shí)存在于實(shí)際芯片工作的情況。綜合工具會(huì)根據(jù)相應(yīng)的狀態(tài)來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 基于UPF的邏輯綜合

低功耗流程下的邏輯綜合，是基于普通的綜合流程，加入一些額外的步驟，如讀入U(xiǎn)PF文件，設(shè)定電壓，檢查多電壓設(shè)計(jì)。具體的步驟如下：

1) 設(shè)定好各種庫(kù)文件，其中包含電平轉(zhuǎn)換單元、隔離單元和電源開(kāi)關(guān)的庫(kù)應(yīng)當(dāng)放入target_library，并位于標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)的后面。如set target_library “sc_1v8_max.db sc_1v2_max.db iso_max.db lv_max.db pw_max.db”。

2) 設(shè)定好門(mén)控時(shí)鐘的插入形式。門(mén)控時(shí)鐘是最常用的低功耗技術(shù)，門(mén)控時(shí)鐘的插入，不但降低了動(dòng)態(tài)功耗，而且減小了芯片的面積。

3) 讀入設(shè)計(jì)，用check_design命令檢查設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。

4) 讀入約束文件，用check_timing檢查時(shí)序約束是否正確。

5) 用load_upf命令讀入U(xiǎn)PF文件，并用set_voltage命令設(shè)置電源線的工作電壓，通過(guò)指定的電壓，工具會(huì)自動(dòng)選擇相應(yīng)的工作環(huán)境（operating condition）如：

set_voltage 1.62 Cobject_list {VDD}

為了防止約束里的set_operating_condition 和 set_voltage 不能唯一指定某個(gè)特殊的庫(kù)單元，可以使用命令set_target_library_subset 來(lái)指定特殊的庫(kù)單元為某個(gè)或多個(gè)特定的模塊所使用[4]。

6) 用命令（check_mv_design）檢查多電壓設(shè)計(jì)是否正確。要保證set_voltage命令里的電源線的電壓和set_operating_condition指定的工作條件的電壓和UPF里面電壓狀態(tài)表的電壓保持一致。用set_operating_condition命令設(shè)置當(dāng)前設(shè)計(jì)的工作條件，再用set_voltage命令設(shè)置各個(gè)供電電源線的電壓，這樣綜合的時(shí)候就會(huì)根據(jù)不同的電壓來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。如果check_mv_design存在Error，則要返回檢查約束和UPF，如果存在Warning，則要檢查這些Warning是否合理，例如有些Warning是說(shuō)明缺少電平轉(zhuǎn)換單元，這些則是需要在綜合的時(shí)候插入的，在這個(gè)步驟下出現(xiàn)這種Warning是正常的。

7) 用compile_ultra Cgate_clock 同時(shí)實(shí)現(xiàn)編譯和門(mén)控時(shí)鐘單元的插入，綜合工具根據(jù)驅(qū)動(dòng)的原則進(jìn)行優(yōu)化。DesignCompile 2010.03版本對(duì)UPF流程提供了更好的支持，新加入的命令使得UPF流程變得更加容易實(shí)現(xiàn)?？梢杂胕nsert_mv_cell Call 在compile之前就插入電平轉(zhuǎn)換單元和隔離單元。這樣在compile之前就可以檢查電平轉(zhuǎn)換單元和隔離單元是否正確插入，檢查UPF設(shè)計(jì)是否合理。節(jié)省了綜合的迭代時(shí)間。

8) 用命令（check_mv_design）檢查compile后的網(wǎng)表的多電壓設(shè)計(jì)問(wèn)題。

9) 分析時(shí)序，保存設(shè)計(jì)。命令save_upf 用于輸出綜合后所對(duì)應(yīng)的UPF文件，可以提供給后續(xù)的布局布線工具使用。

3 總結(jié)

低功耗設(shè)計(jì)相對(duì)于普通的設(shè)計(jì)要復(fù)雜不少，而邏輯綜合作為RTL-GDSII 流程實(shí)現(xiàn)的第一步，是極其重要的一步，大部分的優(yōu)化都是在這一步完成的。在基于UPF的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)層次的劃分和UPF中電壓域的劃分要綜合起來(lái)考慮，不合理的設(shè)計(jì)層次和電壓域劃分可能導(dǎo)致插入多余的電平轉(zhuǎn)換單元或隔離單元，或者無(wú)法插入需要的電平轉(zhuǎn)換等。同時(shí)在電壓域輸出端，要防止出現(xiàn)一條線輸出同時(shí)又成為該層次內(nèi)部的某個(gè)輸入這種情況。因?yàn)檫@種情況會(huì)導(dǎo)致無(wú)法插入電平轉(zhuǎn)換單元。對(duì)于時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，也需要插入電平轉(zhuǎn)換單元，可以在綜合的時(shí)候插入，也可以在布局布線的某個(gè)階段插入。綜合的時(shí)候，要注意set_dont_touch命令的使用，如果net被設(shè)置成了dont_touch屬性，則不能插入電平轉(zhuǎn)換單元和隔離單元。在綜合完成后，一定要保證check_mv_design 通過(guò)，才能認(rèn)為UPF下的綜合完成。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳春章,艾霞,王國(guó)維.數(shù)字集成電路物理設(shè)計(jì)[M].北京:科學(xué)出版社,2008(8).

[2] Michael Keating, Low Power Methodology Manual For System-on-Chip Design,2007,26-27.

[3] Unified Power Format(UPF) Standard ,Version 1.0,2007:1-2.

第3篇：電源設(shè)計(jì)流程范文

一、測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本測(cè)試系統(tǒng)在NI LabVIEW虛擬儀器平臺(tái)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)，由儀器硬件平臺(tái)和系統(tǒng)軟件平臺(tái)組成，其功能框圖如圖 1。硬件平臺(tái)以GPIB/RS232總線為基礎(chǔ)，基于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為處理平臺(tái)，以信號(hào)源、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等程控測(cè)試儀器完成信號(hào)參量和網(wǎng)絡(luò)參量的測(cè)試功能；應(yīng)用軟件基于NI LabVIEW為平臺(tái)，使用圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，處理特點(diǎn)既采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法，又保持面向過(guò)程的靈活性。從設(shè)備底層到高層界面表述、數(shù)據(jù)庫(kù)處理，充分利用LabVIEW的優(yōu)點(diǎn)，完成軟件設(shè)計(jì)和代碼編寫(xiě)。

圖 1 測(cè)試系統(tǒng)功能組成框圖

（一）軟件開(kāi)發(fā)工具NI LabVIEW

測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)基于虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)NI LabVIEW實(shí)現(xiàn)，NI LabVIEW具有圖形化的儀器編程環(huán)境，采用“畫(huà)流程圖式”的編程方法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，每個(gè)方框圖代表一個(gè)功能模塊即子VI，程序執(zhí)行的過(guò)程是條件滿足方式，當(dāng)一個(gè)功能模塊的所有輸入都齊備后，此功能模塊產(chǎn)生輸出，傳送給下一個(gè)模塊。程序的動(dòng)態(tài)流程可以通過(guò)點(diǎn)亮程序框圖工具欄上的“高亮顯示執(zhí)行過(guò)程”小燈泡看到[2]。測(cè)試程序的設(shè)計(jì)包括3部分：程序前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連接器。程序前面板模擬真實(shí)儀表的前面板，用于輸入信號(hào)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置和輸出信號(hào)的顯示，每一個(gè)程序前面板都對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的程序框圖；框圖程序用LabVIEW圖形編程語(yǔ)言編寫(xiě)，由端口、節(jié)點(diǎn)、圖框和連線構(gòu)成。其中端口被用來(lái)同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)被用來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框被用來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向；圖標(biāo)/連接器是子VI被其它VI程序調(diào)用的接口。圖標(biāo)是子VI在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)形式；而連接器則表示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸入/輸出口，就象函數(shù)的參數(shù)。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對(duì)應(yīng)。

（二）測(cè)試系統(tǒng)子模塊設(shè)計(jì)

為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和調(diào)試流程，將測(cè)試系統(tǒng)中各個(gè)模塊分類(lèi)并進(jìn)行子程序設(shè)計(jì)，包括電源子程序設(shè)計(jì)和測(cè)試儀器子程序設(shè)計(jì)。測(cè)試系統(tǒng)的電源采用DPS6333L，其程控指令通過(guò)RS232總線傳輸；測(cè)試儀器的程控是通過(guò)GPIB總線實(shí)現(xiàn)的，其程控指令集均符合SCPI規(guī)范。儀器的GPIB接口與計(jì)算機(jī)的連接通過(guò)NI公司的USB轉(zhuǎn)GPIB接口卡完成，安裝完相應(yīng)的I/O接口庫(kù)以及VISA驅(qū)動(dòng)包后，就可以完成各儀器的程序控制。

以電源“工作模式設(shè)置”子VI程序設(shè)計(jì)為例，因其程控指令通過(guò)RS232總線傳輸，應(yīng)首先對(duì)串口進(jìn)行初始化配置：波特率為默認(rèn)值9600、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無(wú)校驗(yàn)位、串口號(hào)為1，并設(shè)置I/O接收和發(fā)送緩沖區(qū)；然后通過(guò)VISA Write.vi向電源發(fā)送“O2/O3/O4/O5”等工作模式選擇指令，以確定電源的輸出模式，即串聯(lián)/并聯(lián)/正常/跟蹤模式；由于LabVIEW的串行通信子VI只允許對(duì)字符串的讀寫(xiě)，因此在數(shù)據(jù)處理時(shí)，須進(jìn)行數(shù)字與字符串之間的轉(zhuǎn)換，在此通過(guò)調(diào)用一個(gè)“數(shù)值至十進(jìn)制字符串轉(zhuǎn)換”子VI來(lái)實(shí)現(xiàn)；調(diào)用“清空I/O緩沖區(qū)”子VI后，發(fā)送指令“rm”檢查并輸出此時(shí)電源的工作模式，對(duì)整個(gè)“設(shè)置電源工作模式”的程序進(jìn)行封裝，電源工作模式設(shè)置的框圖程序如圖 2。按同樣方法進(jìn)行設(shè)置電壓/電流、電源保護(hù)、電源輸出等子VI程序的設(shè)計(jì)，最后連接電源模塊的所有子VI程序，對(duì)電源的前面板配置參數(shù)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)并對(duì)電源模塊的子程序進(jìn)行封裝，最終完成電源設(shè)計(jì)。電源的前面板圖與程序框圖分別如圖 3和圖 4。

圖 2 電源工作模式設(shè)置的框圖程序

圖 3 直流程控電源DPS6333L前面板圖

圖 4 直流程控電源DPS6333L程序框圖

依次進(jìn)行信號(hào)源、頻譜儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等模塊的子程序設(shè)計(jì)，連接其框圖程序，完成測(cè)試系統(tǒng)主程序的的開(kāi)發(fā)。圖 5是某放大器的部分設(shè)計(jì)程序。

圖 5 放大器測(cè)試程序前面板圖

二、測(cè)試結(jié)果

在系統(tǒng)搭建完成之后，進(jìn)行了放大器的測(cè)試，測(cè)試時(shí)通過(guò)按下窗口左上角的“運(yùn)行”按鈕，等待兩分鐘后，便可得到放大器的頻率特性的曲線和記錄數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié)果如圖 6。

圖 6 放大器頻率特性曲線測(cè)試結(jié)果

三、結(jié)論

實(shí)際開(kāi)發(fā)中，在程序設(shè)計(jì)和調(diào)試方面，LabVIEW表現(xiàn)了很好的靈活性。本文中的設(shè)計(jì)是基于LabVIEW的測(cè)試儀器控制系統(tǒng)，該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)基本涵蓋了基本的信號(hào)參量測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)參量測(cè)試；具有自動(dòng)化、高效化、準(zhǔn)確化的特點(diǎn)，大大縮短了測(cè)試時(shí)間，提高了測(cè)試效率，完善了測(cè)試數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理能力[3]。鑒于虛擬儀器開(kāi)放性好、智能化程度高、界面友好以及可根據(jù)自己的需求設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，正在被越來(lái)越多的工程測(cè)試人員所采用，而且隨著未來(lái)測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器必將會(huì)在更多的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

[]梁秋明，田夢(mèng)君.基于LabVIEW的虛擬示波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2009，34（3）.

[]趙振華，馮涓.基于LabVIEW的單片機(jī)溫度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，15.

第4篇：電源設(shè)計(jì)流程范文

由于電池技術(shù)并沒(méi)有顯著的進(jìn)展，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員遂開(kāi)發(fā)了大量功率管理技術(shù)來(lái)應(yīng)付這些挑戰(zhàn)。其中一種技術(shù)允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員“關(guān)斷”手機(jī)的某些電路以延長(zhǎng)電池壽命。

在這些便攜式設(shè)備的設(shè)計(jì)流程中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員如果知道半導(dǎo)體器件如何與功率管理方案配合，便能更快地完成設(shè)計(jì)。建立系統(tǒng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)流程與集成電路 (IC) 的開(kāi)發(fā)流程是一樣的。半導(dǎo)體電路設(shè)計(jì)人員必須充分了解這些功率管理方案，并設(shè)計(jì)集成電路可在以后的任何系統(tǒng)中正常地工作。實(shí)現(xiàn)省電模式或關(guān)機(jī)模式的標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體功能包括：

過(guò)壓容限

三態(tài)

自動(dòng)重啟

上電期間瞬間脈沖電流消隱

本文將對(duì)這些功能進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，并確定執(zhí)行這些功能的電路設(shè)計(jì)技術(shù)。作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，理解這些功能在硅片中的實(shí)現(xiàn)方式將有助于進(jìn)行更好的系統(tǒng)功率管理設(shè)計(jì)，從而將最終問(wèn)題解決。

過(guò)壓容限

圖1：讓寄生二極管D2短路，寄生二極管D1的陰極連接到電源上

過(guò)壓容限是輸入或輸出節(jié)點(diǎn)容忍信號(hào)級(jí)別大于器件電源電壓的能力。在手機(jī)設(shè)計(jì)中，從微處理器到存儲(chǔ)器或其它器件存在著多種直流電平。系統(tǒng)各獨(dú)立的電源子系統(tǒng)間吸入電流(“sinking”of current)會(huì)給器件帶來(lái)潛在的損害。例如，若一個(gè)電壓為3V的器件驅(qū)動(dòng)另一個(gè)1.8V的器件，這種電勢(shì)差可使電壓較低的器件吸入電流。如果不用一些方法加以限制的話，系統(tǒng)架構(gòu)中兩器件都存在潛在危險(xiǎn)。這種額外的電流吸入會(huì)增加系統(tǒng)功耗，從而加速電池消耗。這種額外的電流已證明在任何關(guān)注電源的設(shè)計(jì)中(如電池壽命有限的手機(jī))，是造成高成本的因素。

有許多技術(shù)可以解決這個(gè)問(wèn)題，較為傳統(tǒng)的方法之一是利用比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)壓容限。CMOS電路具有一個(gè)PMOS管Q2置于輸出和VCC之間，并必須將它的NWELL連接到電路中的最高電勢(shì)處，一般是Vcc。這樣，讓寄生二極管D2短路，寄生二極管D1的陰極連接到電源上，如圖1所示。若輸入/輸出(I/O)電壓超過(guò)VCC，則二極管D1向電源導(dǎo)通。如果利用額外的電路添加一個(gè)比較器電路(COMP)，NWELL線路可以被連接到VCC或輸出兩個(gè)電勢(shì)中的較高者。這使NWELL節(jié)點(diǎn)保持最高電勢(shì)，因此限制了D1二極管傳導(dǎo)電流，如圖2所示。

圖2：利用額外的電路添加一個(gè)比較器電路(COMP)，NWELL線路可以被連接到VCC或輸出兩個(gè)電勢(shì)中的較高者。這使NWELL節(jié)點(diǎn)保持最高電勢(shì)，限制了D1二極管傳導(dǎo)電流

在off狀態(tài)，控制模塊驅(qū)動(dòng)PMOS門(mén)極到VCC。不過(guò)如果輸出端大于VCC+PMOS Q2晶體管的閾值電壓的話，從輸出到Vcc存在不必要的電流泄漏路徑。必須注意，圖2中驅(qū)動(dòng)Q2門(mén)極的晶體管一般是由Vcc供電，故引起此問(wèn)題。解決泄漏問(wèn)題的方法如圖3所示，是增加一個(gè)從比較器輸出到PMOS Q2門(mén)驅(qū)動(dòng)控制模塊的連接?？刂颇K會(huì)保證PMOS柵極驅(qū)動(dòng)電壓為兩個(gè)電勢(shì)VCC或輸出的較高者，確保PMOS保持關(guān)斷狀態(tài)，從而消除泄漏路徑。

圖3：增加一個(gè)從比較器輸出到PMOS Q2門(mén)驅(qū)動(dòng)控制模塊的連接?？刂颇K會(huì)保證PMOS柵極驅(qū)動(dòng)電壓為兩個(gè)電勢(shì)VCC或輸出的較高者，確保PMOS保持關(guān)斷狀態(tài)，從而消除泄漏路徑

了解這些電路如何工作，便可以加快設(shè)計(jì)流程。例如，即使一個(gè)器件具有過(guò)壓容忍功能，不同的實(shí)現(xiàn)方法將帶來(lái)完全不同的結(jié)果。吸入電流會(huì)存在電壓“窗口”，泄漏值比預(yù)期值高時(shí)會(huì)出現(xiàn)極端的過(guò)壓情形，而且，過(guò)壓電路的瞬態(tài)響應(yīng)會(huì)起變化。結(jié)果，系統(tǒng)工程師可能會(huì)遭遇無(wú)法預(yù)見(jiàn)的問(wèn)題。為了加快新設(shè)計(jì)的上市時(shí)間，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員并不希望從頭到尾追蹤可能的需要返工的問(wèn)題。了解如何實(shí)現(xiàn)過(guò)壓容限有助于電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員一開(kāi)始就選擇正確的產(chǎn)品，最終并獲得成功。飛兆半導(dǎo)體提供的產(chǎn)品便具有過(guò)壓容限功能，并能把不需要的吸入電流限制到極低值(一般小于3μA)，如FSLV16211- 24位總線開(kāi)關(guān)。

三態(tài)：在省電模式I/O保持高阻抗的能力

這種三態(tài)對(duì)多點(diǎn)下傳總線和子系統(tǒng)掉電十分有利。當(dāng)一個(gè)部件“掉電”時(shí)，I/O泄漏路徑會(huì)引起不需要的功耗，或者甚至對(duì)部件造成損害。因?yàn)镮/O擁有至電源的泄漏路徑，它也可能導(dǎo)致器件甚至整個(gè)子系統(tǒng)自行上電。

由于功率浪費(fèi)加上可靠性被損害，這些系統(tǒng)“小故障”會(huì)對(duì)所有功率管理方案造成影響。例如，當(dāng)一部揭蓋式手機(jī)待機(jī)時(shí)，功率管理IC會(huì)關(guān)斷電路板上的不同部分來(lái)保存能量。在關(guān)斷系統(tǒng)的不同部分時(shí)，工程人員關(guān)心的是每一微安的電流流動(dòng)，因?yàn)樗罱K會(huì)影響電池壽命。如果一個(gè)器件在的多點(diǎn)下傳總線上仍然有效，不提供關(guān)機(jī)三態(tài)，就可能出現(xiàn)泄漏。這也許會(huì)破壞總線上的數(shù)據(jù)并消耗額外的功率。

在大多數(shù)半導(dǎo)體中，器件最普遍的泄漏路徑是通過(guò)連接到I/O上的PMOS管。類(lèi)似于過(guò)壓的情形，PMOS的NWELL的寄生PN二極管可以變?yōu)檎蚱枚鴮?dǎo)通。此外，PMOS的門(mén)極為0，若I/O電壓高于PMOS的閾值電壓時(shí)，將產(chǎn)生不必要的從I/O到電源的電流路徑。這會(huì)被電路設(shè)計(jì)人員視為過(guò)壓的一種，其解決方案如圖3所示。

電路設(shè)計(jì)人員還必須提供靜電放電(electrostatic discharge，ESD) 解決方案，以消除到電源或接地的泄漏路徑。鑒于上述的原因，不能使用舊的端接到Vcc的PN ESD二極管。一些較新型的有源鉗位電路或觸發(fā)ESD電路,必須關(guān)注過(guò)壓容限和三態(tài)關(guān)機(jī)而進(jìn)行謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)。柵級(jí)接地NMOS ESD解決方案因本身具有過(guò)壓容限特性，并在關(guān)電時(shí)不泄漏，因此得到廣泛采用。

開(kāi)機(jī)重啟

當(dāng)電源確立以提供穩(wěn)定可靠的上電時(shí)，“開(kāi)機(jī)重啟”提供了初始化產(chǎn)品的方法。一般而言，I/O是三態(tài)的(高阻抗)，而內(nèi)部寄存器被清除直到電源超過(guò)“安全”級(jí)別。

用于“開(kāi)機(jī)重啟”的簡(jiǎn)單技術(shù)是設(shè)計(jì)一個(gè)帶內(nèi)置滯后的比較器，把電源電壓和內(nèi)部產(chǎn)生的參考電壓進(jìn)行比較。這是慣用的作法，可確保器件以已知的狀態(tài)上電。當(dāng)電源電壓超過(guò)參考電壓時(shí)，比較器會(huì)產(chǎn)生重啟脈沖。

圖4：把電源電壓和內(nèi)部產(chǎn)生的參考電壓進(jìn)行比較是慣用的作法，可確保器件以已知的狀態(tài)上電

如圖4所示，電阻R3和連接NMOS Q1/的二極管為比較器輸入提供參考電壓。電阻R1和R2作為電阻分壓器(resistor divider)，產(chǎn)生與VCC成正比的電壓。比較器COMP的設(shè)計(jì)帶有抵消功能，使到其輸出在兩個(gè)輸入端為低時(shí)保持為低。上電時(shí)，隨著電源電壓的攀升，比較器的參考電壓在節(jié)點(diǎn)1建立，其數(shù)值是通過(guò)電流限制電阻R3建立連接NMOS Q1的二極管的閾值電壓。它與由R1和R2組成電阻分壓器的輸出比較，該數(shù)值和VCC成正比，可用以設(shè)置所需與VCC相對(duì)的跳變電壓(trip voltage)。當(dāng)電源電壓大于期望值時(shí)，比較器的輸出變高，表示電源被確立。

當(dāng)利用這種重啟電路時(shí)，所有內(nèi)部器件都應(yīng)通過(guò)有源低信號(hào)實(shí)行重啟?！伴_(kāi)機(jī)重啟”電路保持重啟節(jié)點(diǎn)為低電平，直到電源電壓值高到足以保證所有內(nèi)部節(jié)點(diǎn)正常工作，并有效地重啟器件。當(dāng)重啟電路的輸出變高時(shí)，可進(jìn)行正常工作。

電路設(shè)計(jì)人員必須謹(jǐn)慎選擇重啟電壓跳變點(diǎn) (trip point)，如果過(guò)高，噪聲或電源波動(dòng)會(huì)造成重啟電路故障；如果過(guò)低，所有器件可能無(wú)法重啟。對(duì)此，簡(jiǎn)單的解決方案是利用高滯回比較器電路，或一旦重啟建立就將其鎖存。在電源確立以保存能量后，低功率設(shè)計(jì)會(huì)使比較器電路掉電。

設(shè)計(jì)“開(kāi)機(jī)重啟”電路時(shí)，需要特別關(guān)注同一個(gè)器件上的多個(gè)電源引腳。通常，在所有電源電壓確立之前，應(yīng)該使產(chǎn)品保持在重啟模式，而不論其電源使用順序?yàn)楹巍＜俣ā伴_(kāi)機(jī)重啟”電路A由電源A供電，“開(kāi)機(jī)重啟”電路B由電源B供電。電路設(shè)計(jì)人員必須確定即使A首先上電，芯片的B部分仍然被控制，反之亦然。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)參考數(shù)據(jù)表或與制造商聯(lián)系，以確定對(duì)有多個(gè)電源的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，是否需要特定的供電順序。

在那些很注重器件是否以正確模式開(kāi)機(jī)的應(yīng)用中，如鎖相環(huán)(phased-locked loop)，“開(kāi)機(jī)重啟”是必須采用的重要電路。否則，如果鎖相環(huán)以錯(cuò)誤的狀態(tài)啟動(dòng)，它可能鎖存于諧波頻率中，從而影響了器件的性能。

回到手機(jī)設(shè)計(jì)的題目上，使用這種 “開(kāi)機(jī)重啟”的方法對(duì)用于揭蓋式手機(jī)鏈路傳輸數(shù)據(jù)的串化器/解串器很有用。在這些特定器件中，以正確的狀態(tài)啟動(dòng)將決定來(lái)自應(yīng)用處理器的信號(hào)能否在屏幕上顯示正確的圖像。

無(wú)干擾上電

對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言，上電期間脈沖電流十分重要，因?yàn)樵陔娫措妷旱恼麄€(gè)上升周期，產(chǎn)品的電源電流是受控的。如果內(nèi)部電路設(shè)計(jì)不正確，在上電期間就可能引起有害的電源對(duì)地短路。這對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員非常重要，因?yàn)槿绻@個(gè)問(wèn)題發(fā)生，整個(gè)系統(tǒng)便可能失效，從而帶來(lái)嚴(yán)重的可靠性問(wèn)題。

傳統(tǒng)的CMOS設(shè)計(jì)要求電源電壓超過(guò)大約兩個(gè)晶體管閾值電壓時(shí)才能開(kāi)始工作。在“開(kāi)機(jī)重啟”電路建立并控制該器件之前的這個(gè)“死”域期間，問(wèn)題可能發(fā)生。在重啟電路對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制之前，這些節(jié)點(diǎn)可能上電并消耗大量電源電流。一個(gè)例子是CMOS的輸出，在上電期間，PMOS和NMOS驅(qū)動(dòng)同時(shí)浮至VCC/2，而且二者都接通。這種現(xiàn)象在VCC和接地之間建立了一個(gè)低阻抗路徑，對(duì)電源有不良影響。電路設(shè)計(jì)人員必須在這現(xiàn)象出現(xiàn)之前設(shè)計(jì)“開(kāi)機(jī)重啟”電路，以維護(hù)和控制輸出。另一個(gè)解決方案包括設(shè)計(jì)系統(tǒng)邏輯在原本的關(guān)機(jī)狀態(tài)下上電，或提供無(wú)源電路如內(nèi)部上拉/下拉電阻來(lái)防止這問(wèn)題發(fā)生。還必須設(shè)計(jì)觸發(fā)(flop)和鎖存(latch)，并在當(dāng)沒(méi)有“開(kāi)機(jī)”重啟電路而電源持續(xù)攀升時(shí)，將其設(shè)定為穩(wěn)態(tài)。

數(shù)據(jù)表信息

了解這些不同功能后，設(shè)計(jì)人員便能夠更好地選擇所需產(chǎn)品以滿足其要求。選擇正確的產(chǎn)品將消除最終的功率循環(huán)問(wèn)題，加快產(chǎn)品上市時(shí)間。飛兆半導(dǎo)體提供的產(chǎn)品便具有過(guò)壓容限、三態(tài)關(guān)機(jī)、“開(kāi)機(jī)重啟”和無(wú)干擾上電等功能。

舉例說(shuō)明：我們將分析飛兆半導(dǎo)體的24位總線開(kāi)關(guān)FSLV16211數(shù)據(jù)表中的這些特性。在數(shù)據(jù)表的“DC電氣特性”一欄中可以找到大部分信息。從前面的論述中可知，不同的系統(tǒng)電壓電源能引起通過(guò)器件的泄漏電流，但可透過(guò)過(guò)壓容限予以阻止。在數(shù)據(jù)表上，過(guò)壓容限可經(jīng)由輸入泄漏電流 (標(biāo)注為II。)來(lái)確定。在表1中，過(guò)壓容忍測(cè)試在Vcc為2.3V或3.6V、VI在0V～3.6V間時(shí)進(jìn)行。測(cè)試結(jié)果顯示輸入泄漏電流僅為10μA或1μA，具體數(shù)值視測(cè)試而定。與不具備這一嵌入功能的器件相比較，泄漏電流顯著降低。

第5篇：電源設(shè)計(jì)流程范文

（1.中航工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西西安710068；2.北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，北京100191）

摘要：針對(duì)某型號(hào)光纖陀螺老煉測(cè)試需要長(zhǎng)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和故障保護(hù)等需求，采用工控機(jī)與MC9S12XEP100MAL單片機(jī)相結(jié)合的方案，設(shè)計(jì)光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控12路光纖陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流，且具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，過(guò)壓、欠壓和過(guò)流等故障保護(hù)功能，達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)，可以滿足光纖陀螺老煉測(cè)試的要求。

關(guān)鍵詞 ：光纖陀螺；電源監(jiān)控；MC9S12XEP100MAL；RS 485

中圖分類(lèi)號(hào)：TN86?34；TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004?373X（2015）14?0152?04

收稿日期：2014?12?25

基金項(xiàng)目：航空科學(xué)基金：機(jī)載電子芯片熱模型研究（20100231001）

0 引言

某型號(hào)光纖陀螺在老煉測(cè)試時(shí)往往是多個(gè)陀螺成組進(jìn)行測(cè)試，每一個(gè)陀螺都由線性隔離電源獨(dú)立供電。由于對(duì)光纖陀螺的老煉測(cè)試一般都在幾十小時(shí)，甚至上百小時(shí)不間斷，這就要求供電電源連續(xù)可靠地工作。反之，一旦電源過(guò)壓、欠壓或者過(guò)流就會(huì)損壞待測(cè)陀螺，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)光纖陀螺供電電源進(jìn)行監(jiān)控，不僅可以實(shí)時(shí)記錄電源的輸出電壓電流，有利于分析陀螺的工作狀態(tài)，而且在電源出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓或過(guò)流時(shí)，可以自動(dòng)切斷供電電源，從而起到保護(hù)光纖陀螺的作用。

本文采用研華的Advantech IPC?610H 工控機(jī)作為上位機(jī)，基于LabVIEW 設(shè)計(jì)了12路陀螺電源數(shù)據(jù)監(jiān)控界面及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序。選取MC9S12XEP100MAL 單片機(jī)作為下位機(jī)監(jiān)控電路的主控芯片，實(shí)現(xiàn)了陀螺電源輸出電壓和輸出電流的實(shí)時(shí)采集，以及過(guò)壓、欠壓和過(guò)流等故障保護(hù)。采用Modbus協(xié)議的RTU 模式，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?；谏鲜黾夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)了12 路光纖陀螺供電電源輸出電流和電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)方案

1.1 技術(shù)要求

光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)要求能夠監(jiān)控12個(gè)光纖陀螺供電電源。這12 個(gè)電源均采用朝陽(yáng)4NIC?X20線性電源，各電源獨(dú)立隔離供電。4NIC?X20 線性電源的輸入為AC 220 V，輸出電壓為+5 V和-5 V，兩路的輸出電流最大均為2 A。

具體的技術(shù)要求如下：

（1）同時(shí)監(jiān)控12個(gè)光纖陀螺供電電源；

（2）每一個(gè)陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流采樣必須為隔離采樣；

（3）一旦某個(gè)電源出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流或欠壓故障，電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)立即切斷該電源的AC 220 V 輸入，同時(shí)進(jìn)行聲音報(bào)警（只有排除故障后，供電系統(tǒng)重新上電才可以恢復(fù)供電）；

（4）上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示陀螺電源的輸出電壓和電流，并實(shí)時(shí)記錄各電源的輸出電壓、電流。

1.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)光纖陀螺供電電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)要求，光纖陀螺供電電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案[1?2]設(shè)計(jì)如圖1所示。

在圖1中，AC 220 V交流電通過(guò)繼電器組控制后為12個(gè)光纖陀螺電源供電。監(jiān)控電路分為3組，每組監(jiān)控4個(gè)電源，共同檢測(cè)12個(gè)電源的輸出電流和電壓，一旦檢測(cè)到某個(gè)電源出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流或欠壓等故障，則可以通過(guò)控制相應(yīng)的繼電器實(shí)現(xiàn)AC 220 V交流供電的自動(dòng)切斷，起到保護(hù)光纖陀螺的作用。

3組監(jiān)控電路再通過(guò)RS 485網(wǎng)絡(luò)連接至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)陀螺電源輸出電壓、電流數(shù)據(jù)的上傳。RS 485 串行數(shù)據(jù)通信卡選用研華的8 端口RS 422/485 通用PCI通信卡PCI?1622CU。上位機(jī)采用研華的AdvantechIPC?610H 工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)陀螺電源電壓、電流數(shù)據(jù)的接收、顯示、報(bào)警和存儲(chǔ)。

2 監(jiān)控電路設(shè)計(jì)

光纖陀螺供電電源監(jiān)控電路主要由電流、電壓隔離采樣電路、A/D采樣電路、單片機(jī)及其外圍電路、RS 485隔離通信電路、繼電器控制電路和繼電器組構(gòu)成，如圖2所示。

在圖2 中，每一組監(jiān)控電路可以監(jiān)控4 個(gè)陀螺電源。由于每個(gè)陀螺電源輸出為+5 V 和-5 V 兩路電壓，監(jiān)控電路需要對(duì)8路電壓信號(hào)和8路電流信號(hào)進(jìn)行隔離采樣。

2.1 單片機(jī)選型

選擇飛思卡爾MC9S12XEP100MAL 單片機(jī)作為監(jiān)控電路主控芯片。MC9S12XEP100MAL單片機(jī)是飛思卡爾16位單片機(jī)，最高總線頻率可達(dá)50 MHz，具有16個(gè)模擬量輸入通道，轉(zhuǎn)換精度為12位，可以滿足監(jiān)控電路對(duì)8路電壓信號(hào)和8路電流信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的需要。

2.2 隔離采樣電路設(shè)計(jì)

電壓采樣電路選取BB公司的變壓器隔離放大電路ISO124 進(jìn)行陀螺電源輸出電壓的隔離采樣，具體的電路圖如圖3所示。

ISO124 為精密變壓器隔離運(yùn)放，放大倍數(shù)為1∶1，非常適合陀螺電源輸出+5 V電壓的隔離采樣。

電流采樣電路選取LEM 公司LA25?NP/SP7霍爾電流傳感器進(jìn)行電流信號(hào)的隔離采樣，具體的采樣電路如圖4所示。

LA25?NP/SP7 霍爾電流傳感器的變比為1∶100，原邊額定電流為2.5 A，最高測(cè)量頻率為150 kHz。

在圖4中，電阻R3取值為200 Ω，則可以計(jì)算出當(dāng)原邊輸入電流為2 A時(shí)，輸出電流信號(hào)If1為4 V。

2.3 RS 485通信電路設(shè)計(jì)

為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能，選取集成光電隔離功能的ADM2484作為RS 485通信電路的電平轉(zhuǎn)換芯片，設(shè)計(jì)好的隔離通信電路如圖5所示。

2.4 保護(hù)電路設(shè)計(jì)

為了確保光纖陀螺安全可靠地運(yùn)行，設(shè)計(jì)了如圖6所示的過(guò)壓、過(guò)流和欠壓保護(hù)電路。

在圖6中，輸出電壓的過(guò)壓值設(shè)置為+5.5 V，欠壓值設(shè)置為+4.5 V，過(guò)流值設(shè)置為2 A。

當(dāng)監(jiān)控電路檢測(cè)到某個(gè)陀螺電源出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流或欠壓等故障時(shí)，單片機(jī)將對(duì)應(yīng)的I/O端口輸出信號(hào)IOPA1置為低電平，則光電耦合器TLP121輸出為高電平，使晶體管Q1 導(dǎo)通，繼電器JDQ2 的線圈得電，其常閉觸點(diǎn)JDQ1 斷開(kāi)，切斷該陀螺電源的AC 220 V 輸入，從而實(shí)現(xiàn)陀螺電源出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流或欠壓等故障保護(hù)。一旦陀螺電源保護(hù)，只有整個(gè)陀螺電源供電模塊重新上電才可以恢復(fù)供電。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括上位機(jī)監(jiān)控軟件及監(jiān)控界面設(shè)計(jì)、通信協(xié)議設(shè)計(jì)和下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)三部分。

3.1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

采用LabVIEW 2013 來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)控軟件的上位機(jī)界面以及與下機(jī)位的通信程序。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineer?ing Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言，提供了很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬(wàn)用表）類(lèi)似的控件，可用來(lái)方便地創(chuàng)建用戶界面，快速輕松采集實(shí)際信號(hào)、進(jìn)行分析以確定有用的數(shù)據(jù)、通信或存儲(chǔ)結(jié)果[3?4]。設(shè)計(jì)好的上位機(jī)光纖陀螺供電電源監(jiān)控界面如圖7所示。

在圖7中，系統(tǒng)可以同時(shí)監(jiān)控12個(gè)光纖陀螺供電電源的+5 V 輸出電壓和輸出電流，-5 V 輸出電壓和輸出電流，并且顯示電源的當(dāng)前工作狀態(tài)，是否出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流和欠壓等故障；一旦出現(xiàn)故障，相應(yīng)的指示燈會(huì)由綠色變?yōu)榧t色。

3.2 通信協(xié)議

工控機(jī)與下位機(jī)單片機(jī)之間的通信協(xié)議采用Mod?bus 協(xié)議中的RTU 傳輸模式，波特率為38 400 b/s。其中，工控機(jī)作為主機(jī)，光纖陀螺供電電源監(jiān)控電路1~3為從機(jī)[5?6]。

3.3 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)上電初始化子程序、10 ms中斷子程序，串口數(shù)據(jù)發(fā)送/接收中斷子程序三部分。

（1）上電初始化子程序。系統(tǒng)上電后，首先需要進(jìn)行系統(tǒng)的初始化設(shè)置，包括MC9S12XEP100MAL單片機(jī)處理器初始化、A/D采樣模塊初始化、10 ms定時(shí)中斷模塊初始化，以及RS 485 串行接口的初始化。初始化程序流程如圖8所示。

（2）10 ms 中斷子程序。在10 ms 中斷子程序中，主要完成4個(gè)陀螺電源的8個(gè)電壓信號(hào)和8個(gè)電流信號(hào)的采集。10 ms中斷子程序流程如圖9所示。

在圖9中，當(dāng)10 ms中斷產(chǎn)生進(jìn)入中斷子程序，單片機(jī)對(duì)16 個(gè)A/D 通道順序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并對(duì)轉(zhuǎn)換后的電壓電流數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后將其存入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，等待上位機(jī)請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)通過(guò)串口發(fā)送返回。電流電壓數(shù)據(jù)處理主要包括將A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果變換成對(duì)應(yīng)的實(shí)際電流電壓值，以及進(jìn)行電壓的過(guò)壓、欠壓判斷，電流的過(guò)流判斷。一旦出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓或過(guò)流等故障，單片機(jī)立即啟動(dòng)保護(hù)電路切斷陀螺電源的AC 220 V輸入。

（3） 串口數(shù)據(jù)發(fā)送/接收中斷子程序。工控機(jī)與3 路監(jiān)控電路之間的通信采用主從通信模式，即工控機(jī)向3路監(jiān)控電路發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令，監(jiān)控電路在響應(yīng)主機(jī)請(qǐng)求時(shí)返回8路電壓信號(hào)數(shù)據(jù)、8路電流信號(hào)數(shù)據(jù)和陀螺電源的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。為了減少串口數(shù)據(jù)發(fā)送/接收對(duì)單片機(jī)資源的占用，提高處理的效率，系統(tǒng)采用中斷的方式完成串口數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。串口中斷服務(wù)程序流程如圖10所示。在圖10中，當(dāng)串口中斷產(chǎn)生時(shí)，串口中斷服務(wù)程序首先判斷串口中斷的來(lái)源，進(jìn)入串行數(shù)據(jù)接收或串行數(shù)據(jù)發(fā)送子程序。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，從系統(tǒng)的發(fā)送緩存區(qū)讀取數(shù)據(jù)，寫(xiě)入相應(yīng)的串口寄存器發(fā)送；接收數(shù)據(jù)時(shí)，從相應(yīng)的串口寄存器讀入數(shù)據(jù)，寫(xiě)入系統(tǒng)的接收緩存區(qū)。

3.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

工控機(jī)接收到監(jiān)控電路返回的電流電壓數(shù)據(jù)后，除了將數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控界面中，還定時(shí)將數(shù)據(jù)以Excel文件的格式存儲(chǔ)到工控機(jī)的硬盤(pán)中，以備陀螺電源運(yùn)行數(shù)據(jù)的查詢。其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間為10 s。

4 結(jié)論

本文采用工控機(jī)與MC9S12XEP100MAL 單片機(jī)相結(jié)合的方案，基于LabVIEW編程技術(shù)、隔離信號(hào)采樣技術(shù)，以及RS 485串行通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)可以同時(shí)監(jiān)控12路光纖陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流，且具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，過(guò)壓、欠壓和過(guò)流等故障保護(hù)功能?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明，該光纖陀螺供電電源監(jiān)控系統(tǒng)電流、電壓采樣精度高，數(shù)據(jù)采集和顯示實(shí)時(shí)性好，故障保護(hù)功能可靠，滿足了光纖陀螺老煉測(cè)試需要長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄分析和故障保護(hù)的要求，達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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第6篇：電源設(shè)計(jì)流程范文

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);數(shù)字控制;過(guò)流保護(hù)

1.總體設(shè)計(jì)方案

數(shù)控穩(wěn)壓電源主要由整流穩(wěn)壓模塊[1]、D/A轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示模塊、單片機(jī)控制模塊、按鍵模塊、過(guò)流保護(hù)模塊、運(yùn)算放大器模塊、蜂鳴器模塊組成?？偪驁D如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

方案一：采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方案，主要特點(diǎn)在于使用一套十進(jìn)制計(jì)數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能，一方面完成電壓譯碼顯示，另一方面輸出作為EPROM的輸出經(jīng)MCP4921（D/A）轉(zhuǎn)換去控制誤差放大的基準(zhǔn)電壓，以控制輸出。

方案二：采用單片機(jī)AT89C52作為整機(jī)的主要控制器件，通過(guò)改變輸入數(shù)字量來(lái)改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測(cè)實(shí)際輸出電壓值的大小，可以經(jīng)過(guò)MCP4921進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示。利用51系列單片機(jī)為主控制器，通過(guò)按鍵來(lái)設(shè)置直流電源的輸出電壓，并可由LCD液晶顯示實(shí)際輸出電壓值和電壓設(shè)定值。

綜上所述，經(jīng)比較，方案二硬件電路簡(jiǎn)單，利用程序控制來(lái)完成。采用方案二來(lái)完成本項(xiàng)目。

2.硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 電源模塊

采用橋式整流經(jīng)過(guò)電容濾波、7815、7905、7805穩(wěn)壓得15V、+5V、-5V電壓，提供給單片機(jī)、MCP4921、運(yùn)算放大器等供電，如圖2所示。

圖2 電源模塊

2.2 D/A轉(zhuǎn)換模塊

如圖3所示，采用MCP4921對(duì)單片機(jī)信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換[2]，MCP4921芯片的VREFA腳由TL431提供基準(zhǔn)電壓。VOUTA腳輸出模擬電壓，其計(jì)算公式（1）如下：

（1）

=外部基準(zhǔn)電壓;=DAC的輸入代碼;n=12（DAC分辨率）;G=增益選擇（G=2時(shí)<>位=0;G=1時(shí)<>位=1）。

圖3 D/A轉(zhuǎn)換電路

2.3 過(guò)流保護(hù)模塊

采用TL074構(gòu)成的比較器，當(dāng)比較器輸出端為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通從而給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)，從而起到過(guò)流保護(hù)[3]，如圖4所示。

圖4 過(guò)流保護(hù)電路

3.軟件系統(tǒng)流程

3.1 主程序

本設(shè)計(jì)的總程序流程圖如圖5所示，主控程序首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后讀入預(yù)置電壓值，輸出相應(yīng)的電壓控制字，等待按鍵輸入。[4]根據(jù)按鍵的不同輸入，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的應(yīng)用程序。

圖5 總程序流程圖

3.2 外部中斷程序

過(guò)流保護(hù)由外部中斷0實(shí)現(xiàn)，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行保護(hù)操作[5]，中斷服務(wù)程序框圖如圖6所示。

圖6 中斷流程圖

4.測(cè)試方案及測(cè)試結(jié)果分析

4.1 按鍵測(cè)試

通過(guò)按鍵能設(shè)置直流電源的輸出電壓，具體按鍵功能如表1所示。

表1 按鍵功能表

按鍵 功能

S1 每按鍵一次加1

S2 每按鍵一次減1

S3 每按鍵一次移位一次

S4 按鍵一次確認(rèn)輸出

4.2 輸出電壓的方法

方法1：通過(guò)不同的調(diào)節(jié)電位器粗調(diào)如圖7和微調(diào)圖8輸出電壓[6]。

圖7 粗調(diào) 圖8 微調(diào)

方法2：通過(guò)按鍵設(shè)置12V輸出，如圖9所示，液晶顯示12V。

圖9 液晶顯示

5.設(shè)計(jì)結(jié)論

數(shù)控穩(wěn)壓電源可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）用LCD液晶顯示輸出電壓且輸出電壓范圍0-12步進(jìn)值為0.1V。

（2）電路調(diào)壓，可直接對(duì)電位器調(diào)節(jié)，也可以利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制。

（3）具有過(guò)流保護(hù)和短路保護(hù)功能。

參考文獻(xiàn)

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第7篇：電源設(shè)計(jì)流程范文

ATMT自動(dòng)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)符合IEC60947-1、IEC60947-2 、IEC60947-6-1、GB14048.1-2008（總則） 、GB14048.2-2008（斷路器）、GB14048.11-2008（自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)）。630A-6300A自動(dòng)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)污染等級(jí)符合IEC 60664-1 4級(jí)，已通過(guò)各種極限大氣環(huán)境條件的實(shí)驗(yàn)，可以運(yùn)行在IEC 947規(guī)定的工業(yè)環(huán)境中，污染等級(jí)達(dá)到四級(jí)，建議安裝在無(wú)過(guò)多灰塵且溫度適宜的開(kāi)關(guān)柜中。其電氣和機(jī)械特性適用于環(huán)境溫度-5ºC~+70 ºC，貯存條件是-25 ºC ~+85 ºC ，-35 ºC時(shí)可確保合閘。在EMC電磁兼容性方面，靜電放電符合IEC 61000-4-2，Level2標(biāo)準(zhǔn)；射頻電磁場(chǎng)-輻射抗擾度符合IEC 61000-4-3 ，Level3標(biāo)準(zhǔn)；電快速瞬變脈沖符合IEC 61000-4-4，Level3標(biāo)準(zhǔn)；浪涌沖擊符合IEC 61000-4-5，Level4標(biāo)準(zhǔn)；射頻電磁場(chǎng)-傳導(dǎo)抗擾度符合IEC 61000-4-6，Level3標(biāo)準(zhǔn)。

ATMT電源級(jí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)由控制器、適配器和執(zhí)行斷路器構(gòu)成。執(zhí)行斷路器選用Masterpact MT或者M(jìn)TE抽屜式空氣斷路器，2臺(tái)或3臺(tái)斷路器分別加裝適配器。電源狀況經(jīng)適配器采樣，控制器通過(guò)控制連接線與適配器連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)供電電源的檢測(cè)，通過(guò)可編程的操作流程完成電源間的轉(zhuǎn)換。其中，控制器完成對(duì)常用電源、備用電源的供電品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)進(jìn)線電源的供電品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，頻率計(jì)頻率差檢測(cè)，相位差監(jiān)測(cè)，當(dāng)供電電源狀態(tài)超出設(shè)定閥值時(shí)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換動(dòng)作，即電壓幅值差監(jiān)測(cè)，同時(shí)，控制器具有過(guò)電壓保護(hù)功能，長(zhǎng)期過(guò)壓能正常工作(130%Ue)。適配器用于電源監(jiān)測(cè)與電氣聯(lián)鎖的重要組成部分，并采集供電電源的電壓幅值、頻率、相位等參數(shù)，供控制器作比較判斷。同時(shí)，適配器具有可靠的隔離轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)強(qiáng)、弱部分，保證轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)運(yùn)行的高可靠性，它的過(guò)壓保護(hù)功能，又能保證長(zhǎng)期過(guò)壓能夠正常工作（130%Ue）。ATMT電源級(jí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的執(zhí)行斷路器部分采用Masterpact MT或者M(jìn)TE抽屜式空氣斷路器，適應(yīng)進(jìn)線電源轉(zhuǎn)換方案的多樣性。

ATMT電源級(jí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的控制器部分包括：2A型，2B型，3A型，3B型，TA型，TB型六種。下面針對(duì)這六種控制器類(lèi)型，進(jìn)行分別詳述：

（1）2A型:適用于兩電源；具備主、備回路電源失壓、斷相、欠壓、過(guò)壓檢測(cè)及自動(dòng)、延時(shí)（連續(xù)可調(diào)）轉(zhuǎn)換功能；具有發(fā)電機(jī)啟動(dòng)/停止控制功能；電氣互鎖。

（2）2B型: 具備主、備回路電源失壓、斷相、欠壓、過(guò)壓檢測(cè)及自動(dòng)、延時(shí)（連續(xù)可調(diào)）轉(zhuǎn)換功能；與2A型不同的是，該類(lèi)型具備頻率、相位和電壓幅值差檢測(cè)功能；及手動(dòng)并聯(lián)轉(zhuǎn)換功能。

（3）3A型:適用于兩電源一母聯(lián)的情況；具備主、備回路電源失壓、斷相、欠壓、過(guò)壓檢測(cè)機(jī)自動(dòng)、延時(shí)（連續(xù)可調(diào)）轉(zhuǎn)換功能；電氣互鎖。

（4）3B型: 具備主、備回路電源失壓、斷相、欠壓、過(guò)壓檢測(cè)機(jī)自動(dòng)、延時(shí)（連續(xù)可調(diào)）轉(zhuǎn)換功能；與3A類(lèi)型不同的是，該類(lèi)型具備頻率、相位和電壓幅值差檢測(cè)功能，及手動(dòng)并聯(lián)轉(zhuǎn)換功能。

（5）TA型:適用于三電源轉(zhuǎn)換的情況，具備三電源失壓、斷相、欠壓、過(guò)壓檢測(cè)及自動(dòng)、延時(shí)（連續(xù)可調(diào)）轉(zhuǎn)換功能；具備發(fā)電機(jī)啟動(dòng)/控制功能；電氣互鎖。

（6）TB型: 適用于三電源轉(zhuǎn)換的情況，具備三電源失壓、斷相、欠壓、過(guò)壓檢測(cè)及自動(dòng)、延時(shí)（連續(xù)可調(diào)）轉(zhuǎn)換功能；與TA型不同的是，該類(lèi)型具有頻率、相位和電壓幅值差檢測(cè)功能，及手動(dòng)并聯(lián)轉(zhuǎn)換功能；具備發(fā)電機(jī)啟動(dòng)/控制功能。

綜上所述，帶B型的產(chǎn)品比帶A型的產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)是，具備頻率、相位和電壓幅值差檢測(cè)功能，及手動(dòng)并聯(lián)轉(zhuǎn)換功能，而帶A型的產(chǎn)品與帶B型的產(chǎn)品不同的是，具備電氣互鎖的功能，所以，在選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)工藝需要，結(jié)合用戶需求，從而選擇不同的控制器類(lèi)型。

下面，從動(dòng)作流程方面，對(duì)2A型和2B型控制器的ATMT自動(dòng)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)這兩種較常用的類(lèi)型分別進(jìn)行詳述：

首先，ATMT-2A型自動(dòng)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于電網(wǎng)-電網(wǎng)或電網(wǎng)-發(fā)電機(jī)之間的切換，當(dāng)常用電源不能供電時(shí)（如欠壓、過(guò)壓、斷相等），切換至備用電源供電。

（1）ATMT-2A型自動(dòng)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于電網(wǎng)-電網(wǎng)時(shí)，有兩種動(dòng)作流程，一種是自動(dòng)狀態(tài)自投自復(fù)，另一種是自動(dòng)狀態(tài)自投不自復(fù)。

自動(dòng)狀態(tài)自投自復(fù)情況：當(dāng)常用電源故障時(shí)，常用電源切除同時(shí)，備用電源投入供電，當(dāng)常用電源恢復(fù)時(shí)，備用電源斷開(kāi)，同時(shí)，常用電源投入供電，常用電源正常運(yùn)行。故障和恢復(fù)時(shí)間均為0.5s到64s可調(diào)。自動(dòng)狀態(tài)自投不自復(fù)情況：當(dāng)常用電源故障時(shí)，常用電源切除，同時(shí)，備用電源投入供電，進(jìn)行正常運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)常用電源恢復(fù)時(shí)，備用電源仍處在正常運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)備用電源故障時(shí)，備用電源切除，同時(shí)，已恢復(fù)的常用電源投入供電，從而常用電源進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

（2）ATMT-2A型自動(dòng)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于電網(wǎng)-發(fā)電機(jī)時(shí)，有一種動(dòng)作流程，即自動(dòng)狀態(tài)自投自復(fù)情況。當(dāng)常用電源故障時(shí)，發(fā)電機(jī)啟動(dòng)，并輸出達(dá)到整定值卸載，與此同時(shí)，常用電源切除，備用電源投入供電，進(jìn)入發(fā)電機(jī)電源供電狀態(tài)。當(dāng)常用電源恢復(fù)時(shí)，發(fā)電機(jī)停機(jī)，備用電源切除，常用電源投入，進(jìn)入常用電源運(yùn)行狀態(tài)。

其次，ATMT-2B型自動(dòng)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用于兩路電源間的自動(dòng)切換，以及短時(shí)的并聯(lián)切換，當(dāng)常用電源不能正常供電時(shí)（如欠壓、過(guò)壓、斷相等），切換至備用電源供電。它的手動(dòng)狀態(tài)并聯(lián)切換功能，就是用戶設(shè)定并聯(lián)切換條件范圍，當(dāng)常用、備用電源正常，并滿足設(shè)定條件，通過(guò)“手動(dòng)”按鍵選擇人工控制。實(shí)現(xiàn)供電不間斷切換，保證重要負(fù)荷供電回路的連續(xù)供電，極大的簡(jiǎn)化了運(yùn)行操作，縮短了操作時(shí)間，減少了輔助設(shè)備的操作次數(shù)，從而提高了配電的安全運(yùn)行水平和供電連續(xù)性。其動(dòng)作流程與2A型的相同。

以上是ATMT自動(dòng)電源轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)中比較簡(jiǎn)單，同時(shí)也非常常用的兩種自動(dòng)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

出廠前，適配器與斷路器一同安裝，通過(guò)二次接線分別與控制器相連，為控制器提供電源狀態(tài)信號(hào)，同時(shí)，適配器之間通過(guò)二次線互聯(lián)，作為電氣聯(lián)鎖的一部分，保證轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可靠的運(yùn)行。適配器固定于空氣斷路器側(cè)面，在ATMT出廠前已安裝完畢，用戶僅需連接二次線纜即可。

第8篇：電源設(shè)計(jì)流程范文

關(guān)鍵詞：電源模塊；傳感器；控制器；智能控制

Intelligent control of the step motor by the microcomputer

Xu Hongfu, Chen Yongzhi, Yao Min, Xie Guangqi

Xiangnan university, Chenzhou, 423000, China

Abstract: This design is supplied by two sets of independent power supply module, using infrared sensors of the E18 - D80NK and black and white lines sensors of the TCRT5000 to collect traffic information. With the purpose of the path recognition, the microcomputer chip of the STC89C52 which is the core controller controlled the step motor driver module. The states of the car are displayed by the LCD1602 LCD module. Intelligent control of the step motor by the microcomputer achieved independent follow line and counterguard function of the car.

Key words: power supply module; sensors; controller; intelligent control

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或線位移的一種特殊的執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。它不需要交換，能直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移，因而很適合作為數(shù)字控制系統(tǒng)的伺服元件。此外，它的轉(zhuǎn)速在電機(jī)的負(fù)載范圍內(nèi)與電脈沖頻率成正比，而與電壓電流等無(wú)直接聯(lián)系。計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制理論與控制技術(shù)的發(fā)展，給步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景，應(yīng)用非常廣泛，如數(shù)控機(jī)床、繪圖儀、自動(dòng)記錄儀、遙控裝置和航空系統(tǒng)等，都大量使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。本系統(tǒng)以智能小車(chē)為載體，以汽車(chē)電子為背景，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制原理、傳感器與現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)、電子技術(shù)等學(xué)科知識(shí)。通過(guò)硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的智能化控制。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

1.1 總體方案

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示：STC89C52單片機(jī)為控制系統(tǒng)的控制中心，主要負(fù)責(zé)處理傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，將處理的結(jié)果作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸入信號(hào)控制電機(jī)的運(yùn)行。并將電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)在LCD1602液晶上顯示。傳感器模塊承擔(dān)數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，為控制器決策提供信息支撐。電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供電能。

1.2 電源電路設(shè)計(jì)

電源是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件，為了提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)兩套相互獨(dú)立的電源分別供電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制測(cè)量等電路使用。如圖2所示，7.4V的鎳鎘可充電電池經(jīng)MIC29302穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓后供電機(jī)驅(qū)動(dòng)使用，經(jīng)LM7805穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓后供控制測(cè)量等電路使用。Power為擴(kuò)展的電源接口備用。

1.3 主控電路設(shè)計(jì)

主控電路是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，主要負(fù)責(zé)處理傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)并將處理的結(jié)果送給驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)的運(yùn)行?？紤]系統(tǒng)的控制要求及性價(jià)比，選擇STC89C52作為系統(tǒng)的主控芯片。主控電路如圖3所示。

1.4 傳感器測(cè)量電路設(shè)計(jì)

傳感器測(cè)量的結(jié)果作為控制器的輸入，其測(cè)量的精度、靈敏度、響應(yīng)速度等性能指標(biāo)的優(yōu)劣決定整個(gè)系統(tǒng)的性能。紅外壁障傳感器E18-D80NK的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

黑白線檢測(cè)傳感器TCRT5000的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

上述2種傳感器均能滿足測(cè)量要求。測(cè)量電路如圖4所示。

1.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電路由兩片L298N H橋式步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片及續(xù)流肖特基二極管組成，輸入端口直接接主控芯片的P1口。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。

1.6 液晶顯示與在線編程接口電路設(shè)計(jì)

液晶顯示與在線編程接口電路如圖6所示，LCD1602用來(lái)顯示小車(chē)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)、行程等信息。串口進(jìn)行燒寫(xiě)與在線調(diào)試。方便開(kāi)發(fā)和維護(hù)工作。

2系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)

2.1 循線算法程序流程圖

小車(chē)在循線模式下工作時(shí)：在開(kāi)放有限的地面空間貼有任意黑色線條，小車(chē)在沒(méi)有任何人為干預(yù)條件下自主尋找黑色線條。在找到黑色線條后在黑色線條上找到一點(diǎn)使之到小車(chē)初始位置的距離最短(最優(yōu)路徑)，在找到最優(yōu)路徑后回到起始點(diǎn)并沿最優(yōu)路徑再次循線。小車(chē)循線程序流程圖如圖7所示。

由表3小車(chē)尋線實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，小車(chē)在尋線模式下工作時(shí)其誤差在1.2%～5%之間。

2.2 避障算法程序流程圖

小車(chē)在避障模式下工作時(shí)：在有限的迷宮內(nèi)小車(chē)能夠沿著迷宮內(nèi)的可行駛通道避開(kāi)各個(gè)方向的障礙物，并且找到一條能駛出迷宮的通道。實(shí)驗(yàn)證明由于小車(chē)車(chē)體關(guān)系，迷宮的寬度必須大于24cm，高度在10～10.5cm。小車(chē)避障程序流程圖如圖8所示。

3結(jié)束語(yǔ)

以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)為步進(jìn)電機(jī)的智能化控制開(kāi)辟了新的途徑。引入避障算法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)路徑的尋找。硬件與軟件的結(jié)合提高系統(tǒng)的可靠性。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試，按以上方案系統(tǒng)運(yùn)行良好，在實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度控制，定位控制的同時(shí)，能保證最優(yōu)路徑自能化的實(shí)現(xiàn)。為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制提供了智能車(chē)模型。

參考文獻(xiàn)

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第9篇：電源設(shè)計(jì)流程范文

關(guān)鍵詞：K60 藍(lán)牙遙控 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1003-9082 （2017） 04-0216-03

一、引言

APP監(jiān)控機(jī)器人在家庭、工廠、醫(yī)護(hù)等需監(jiān)視的場(chǎng)合發(fā)揮著重要的作用，它可以有效避免一些意外事故的發(fā)生。互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)APP安卓系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，使得人們通過(guò)手機(jī)就可以輕松控制機(jī)器人的移動(dòng)。無(wú)線遙控實(shí)現(xiàn)方法包括藍(lán)牙、紅外、射頻等幾種，其中藍(lán)牙技術(shù)具有一定優(yōu)勢(shì)，目前被廣泛應(yīng)用在信息家電方面，各種家電共用遙控，并在可組網(wǎng)與公眾互聯(lián)網(wǎng)中連接，共享有用信息。藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控具有很高的市場(chǎng)價(jià)值及廣闊的應(yīng)用前景。本設(shè)計(jì)通過(guò)結(jié)合ARM開(kāi)發(fā)板，利用無(wú)線通信及K60藍(lán)牙處理、硬件測(cè)試，達(dá)到機(jī)器人實(shí)時(shí)監(jiān)控、運(yùn)動(dòng)的目的。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.總體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以K60單片機(jī)為核心控制器，通過(guò)接在K60主板上的藍(lán)牙從機(jī)接受來(lái)自ARM開(kāi)發(fā)板的指令，傳給K60讓其做出相應(yīng)處理，通過(guò)PWM調(diào)制頻率，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊工作。利用H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，控制兩個(gè)電機(jī)差速，從而改變輪子的轉(zhuǎn)向，達(dá)到控制小車(chē)運(yùn)動(dòng)的目的。通過(guò)超聲波避障模塊使小車(chē)安全行駛。整個(gè)藍(lán)牙小車(chē)模塊通過(guò)一個(gè)模塊電源供電，根據(jù)不同模塊的工作需求，電源模塊提供了3.3V、5V的電源。系統(tǒng)硬件框圖設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

2.系統(tǒng)主要硬件模塊介紹

機(jī)器人小車(chē)硬件模塊主要有K60單片機(jī)、機(jī)器人小車(chē)底盤(pán)、藍(lán)牙串口模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、機(jī)器人小車(chē)電源模塊、7.2V鎳鎘電池。

2.1 K60單片機(jī)

K60芯片電源類(lèi)引腳，BGA封裝22個(gè)，LQFP封裝27個(gè)，其中BGA封裝的芯片有五個(gè)引腳未使用。芯片使用多組電源引腳分別為內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器、I/O引腳驅(qū)動(dòng)、A/D轉(zhuǎn)換等電路供電，內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器為內(nèi)核和振蕩器。為了電源穩(wěn)定，MCU內(nèi)部包含多組電源電路，同時(shí)給出多處電源引出腳，便于外接濾波電容。K60最小系統(tǒng)芯片上同時(shí)具有藍(lán)牙接收模塊，這樣在設(shè)計(jì)主板上就節(jié)省了引出藍(lán)牙從機(jī)的插槽。

設(shè)計(jì)K60單片機(jī)的整個(gè)主板硬件控制電路，其中包括K60最小核心板及電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM的接口，K60硬件主板引腳功能說(shuō)明見(jiàn)表1。K60最小系統(tǒng)的引腳及主板設(shè)計(jì)的原理圖見(jiàn)圖2。

2.2 機(jī)器人底盤(pán)及電機(jī)

為了方便機(jī)器人運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向，本設(shè)計(jì)選擇了兩個(gè)電機(jī)分別控制兩個(gè)車(chē)輪，一個(gè)萬(wàn)向輪在底盤(pán)前面，這樣利用電機(jī)的差速驅(qū)動(dòng)左右電機(jī)不同轉(zhuǎn)速，就可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)的轉(zhuǎn)向，圖3所示是小車(chē)的3輪底盤(pán)。由于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人需要很大的轉(zhuǎn)矩，所以選擇扭矩大，負(fù)載能力強(qiáng)的大功率直流電機(jī)。

2.3藍(lán)牙串口模塊

在K60最小系統(tǒng)板上有通用的藍(lán)牙接口模塊，通過(guò)外接藍(lán)牙從機(jī)模塊，就可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙從機(jī)接收外部信號(hào)，傳送給K60單片機(jī)做出相應(yīng)處理。本設(shè)計(jì)采用LQ-BTM藍(lán)牙從機(jī)，在與K60連接時(shí)要注意正確的通訊，BTM的RXD要與K60的TXD連接，K60的RXD要與BTM的TXD連接。藍(lán)牙從機(jī)接上K60后，LED燈常亮，表示藍(lán)牙連接狀態(tài)，閃爍表示沒(méi)有藍(lán)牙連接。通過(guò)手機(jī)APP界面的藍(lán)牙端發(fā)送指令，從機(jī)接收信號(hào)指令傳到K60，就可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)處理，藍(lán)牙接口正確通訊連接見(jiàn)圖4。

2.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

機(jī)器人小車(chē)采用兩個(gè)直流電機(jī)進(jìn)行差速運(yùn)動(dòng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是典型的H橋電路，工作原理見(jiàn)圖5。

它是由四個(gè)三級(jí)管和四個(gè)二極管組成的控制電路，由于它的形狀酷似字母H，所以電路得名“H橋驅(qū)動(dòng)電路”。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。假設(shè)當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過(guò)電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)往某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

根據(jù)H橋驅(qū)動(dòng)電路，合理設(shè)計(jì)機(jī)器人小車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，采用IRF3205共8個(gè)MOS管組成兩個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，更好的實(shí)現(xiàn)電流、電壓的可逆，使小車(chē)更加穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊接口原理圖見(jiàn)圖6，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路見(jiàn)圖7。

2.5電源模塊

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊需要5V電源，利用LM1117-5穩(wěn)壓芯片將來(lái)自外部7.2V的鎳鎘電池穩(wěn)壓成5V。同理利用L6932芯片，采用多電容濾波，使穩(wěn)壓后的3.3V電源更加穩(wěn)定。圖8所示是5V和3.3V穩(wěn)壓電路原理圖。

三、軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1.系統(tǒng)流程圖

本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖9，包含主程序流程圖及串口中斷服務(wù)函數(shù)。實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙接收手機(jī)端發(fā)送過(guò)來(lái)的指令送給單片機(jī)進(jìn)行處理，控制機(jī)器人小車(chē)運(yùn)動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，使機(jī)器人小車(chē)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。利用IAR軟件編程，燒寫(xiě)程序進(jìn)入K60單片機(jī)。整個(gè)設(shè)計(jì)涉及到藍(lán)牙模塊的設(shè)置，電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出頻率的控制，以及串口中斷服務(wù)函數(shù)設(shè)計(jì)。

2.電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM控制

在K60單片機(jī)中，利用FTM產(chǎn)生PWM來(lái)控制電機(jī)輸出占空比，從而使電機(jī)能夠進(jìn)行差速，進(jìn)而達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的。程序中利用FTM_PWM_Duty（）函擔(dān)來(lái)控制FTM產(chǎn)生PWM調(diào)制波進(jìn)而產(chǎn)生不同占空比。電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序如下：

void Moto_Forward//前進(jìn)